gcms基础理论-PPT课件

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磁质量分析器
磁质量分析器是根据离子束在一定场强的磁场 中运动时，其运动的曲率半径Rm与离子的质荷 比m/z和加速电压V有关，当加速电压固定时， 不同质荷比的离子的曲率半径不同，于是不同质 荷比的离子在空间有不同的位置，得到了空间位 置上的分离。
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磁质量分析器
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四级杆质量分析器
四极杆质量分析器由4根平行的圆柱形电极组成， 电极分为两组，分别加上一个直流电压和一个射频 交流电压。当离子由电极间轴线方向进入电场后， 会在极性相反的电极间产生振荡。只有质荷比在一 定范围的离子，才可以围绕电极间轴线作有限振幅 的稳定震荡运动，并到达接收器。只要有规律地改 变所加电压或频率，就可使不同质荷比的离子依次 到达检测器，实现分离的目的。四极杆质量分析器 的优点是具有经典的质谱图，再现性好，扫描速度 快，离子流通量大，结构简单，易操作，因此应用 较广；其缺点是对高质量数离子有质量歧视效应， 分辨率较低，适用的质量范围也较小。
GC-MS 气相色谱/质谱联用仪
Gas Chromatography-Mass Spectrometer
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1
1.什么是GC-MS？
它一种结合气相色谱和质谱的特性，在试 样中鉴别不同物质的方法。
2.GC-MS的优点是什么？
气质联用的有效结合既充分利用色谱的分 离能力，又发挥了质谱的定性专长，优势互补， 结合谱库检索，可以得到较满意的分离机鉴定 结果。
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2.四级杆质量分析器
四极杆质量分析器由4根平行的圆柱形电极组成，电极分 为两组，分别加上一个直流电压和一个射频交流电压。当离 子由电极间轴线方向进入电场后，会在极性相反的电极间产 生振荡。只有质荷比在一定范围的离子，才可以围绕电极间 轴线作有限振幅的稳定震荡运动，并到达接收器。只要有规 律地改变所加电压或频率，就可使不同质荷比的离子依次到 达检测器，实现分离的目的。四极杆质量分析器的优点是具 有经典的质谱图，再现性好，扫描速度快，离子流通量大， 结构简单，易操作，因此应用较广；其缺点是对高质量数离 子有质量歧视效应，分辨率较低，适用的质量范围也较小。

1.复杂样品的分离分析：随机带有极性不同 的3根色谱分离柱，
2 .可以将相对较复杂的样品组分分离，再进 行分析。
3. 分子量的测定：选用适宜的离子源，在一
定条件下对待测物进行轰击，使之产生分子 离子，分子离子的质量数即为分子量。
4 .物质结构定性：根据碎片离子的构成，在 谱图库中进行相似性检索，根据相似度结合 其他化学知识对物质进行结构定性。
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
五种方式：磁分析器、飞行时间分析器、四 极滤质器、离子阱分析器和离子回旋共振分 析器等。
4.1.概论
色谱仪有很强的分离混合物的能力，但是对 化合物定性的能力差。
质谱分析试样必须是高度纯净物，而质谱本 身无分离混合物的能力，但是能用来测定化 合物的相对分子质量和化学结构，是一个优 良的定性工具。
气相色谱
离 子 化 按荷质比分开
1.电离源的功能是将进样系统引入的气态样品 分子转化成离子。
2.电离方法： （1）电子轰击法 （2）化学电离法 （3）场电离法（强电场诱发电离） （4）火花法（脉冲、高热、蒸发）
质谱仪的质量分析器位于离子源和检测器之 间，依据不同方式将样品离子按荷质比分开 。
因此，采用两者的联用，综合其优点，克服 其不足。
气相色谱-质谱联用的时候，气相色谱法分离 效能高，定量准确，故气相色谱仪是质谱法 的理想分离器；同样，质谱法灵敏度高，定 性能力强，几乎能检查出所有的有机化合物 ，故质谱仪是气相色谱法的理想检测器。

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•样品在离子源中离子化，不同颜色和大小的球代表具有 不同m/z 值的离子。 • 四极杆质量过滤器用移动带表示，通过移动带上不同大
小的孔（代表不同的电压组合）过滤离子，离子从漏斗经 过过滤器到达检测器。
• 检测器用过滤带下方的收集漏斗表示。
当移动带（质量分析器）移动时，即四级杆上的电压变化， 通过质谱仪来过滤具有不同 m/z 值的离子
5
6
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离子源的作用是将被分析的样品分子电离成带电的离子，并使这些离 子在离子光学系统的作用下，会聚成有一定几何形状和一定能量的离 子束，然后进入质量分析器被分离。
电子轰击电离源（EI） 化学电离源（CI） 解吸化学电离源（DCI） 场致电离源（FI） 场解吸电离源（FD） 快原子轰击电离源（FAB） 离子轰击电离源（IB） 激光解吸电离源（LD）
质谱只扫499.5～500.5 amu。还有些高分辨率的仪器，可以设定取样宽度更小，比
如0.2 amu，这时质谱只扫499.9～500.1 amu。但对于较纯的、杂质干扰较少的体系，
不妨设定较低的分辨率，比如取样宽度设为2 amu，这时质谱扫描499～501 amu，
如果没有干扰的情况下，取样宽度宽一些，待测化合物的灵敏度就高一些，因为噪
全扫描模式（scan）质谱采集时，扫描一段范围，选择这个工作模 式后，你自己来设定一个范围，比如：150～500 amu。 对于未知物，一定会做这种模式，因为只有Full Scan了，才能知道
这个化合物的分子量。 全扫描检测碎片信息多，定性准确，但灵敏度低且易受干扰
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选择离子监测（SIM） 对于已知的化合物，为了提高某个离子的灵敏度，并排除其它离子
音很低；但是有很强干扰情况下，设定较高分辨，反而提高灵敏度信噪比，因为噪

质量色谱法（mass chromatography，MC）——记录具有某质 荷比的离子强度随时间变化图谱。在选定的质量范围内，任何 一个质量数都有与总离子流色谱图相似的质量色谱图。
选择性离子监测（selected ion monitoring，SIM）—— 对 选定的某个或数个特征质量峰进行单离子或多离子检测，获得 这些离子流强度随时间的变化曲线。其检测灵敏度较总离子流 检测高2-3个数量级。
Ro=0.40%
C31
可溶有机质中饱和烃的色谱图
第15页/共25页
2.1 碱性水解产物
C17 C14
C33 C22
干酪根碱性水解中碱性组分的总离子流图
第16页/共25页
C16
C13
C13
C17 C22
干酪根碱性水解中酸性组分的总离子流图
第17页/共25页
2.2 断醚产物
噻吩
干酪根断醚产物的总离子流图
一、气相色谱-质谱联用仪器系统
1、GC-MS系统的组成 2、GC-MS联用中的主要技术问题 3、GC-MS的常用测定方法
二、气相色谱-质谱联用技术的应用 ——松辽盆地南部嫩江组烃源岩干酪根的选
择性化学降解
第1页/共25页
1、GC-MS系统的组成
真空系统
第2页/共25页
气相色谱的主要组成部分
放空
2
质谱仪的真空工作条件的联接和匹配。接口要把气相色谱柱流出物中的载 气尽可能多的除去，同时保留和浓缩待测物，使近似大气压的气流转变成 适合离子化装置的粗真空，并协调色谱仪和质谱仪的工作流量。
2、扫描速度 由于气相色谱峰很窄，有的仅几秒钟时间，一个完整的色谱峰通
常需要至少6个以上数据点。这样就要求质谱仪有较高的扫描速度，才能 在很短的时间内完成多次全质量范围的质量扫描。另一方面，要求质谱仪 能很快在不同的质量数之间来回切换，以满足选择离子检测的需要。

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QP/MS的结构
离子源
透镜
四极杆
检测器
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气质联用使用的电离技术
电子轰击电离（EI） 正化学电离（PCI）
负化学电离（NCI）
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电子轰击电离（EI）
灯丝
e
样品分子
e e e e-
+ + +
+
QP
碎片离子
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电子轰击电离（EI）

热电子（70eV）轰击分子，使其电离 丰富的碎片离子=丰富的结构信息 “指纹”
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SIM 模式（定量）
灵敏度高于 Scan模式
m/z=72
m/z=152
m/z=54
Retention time
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数据采集模式
SIM (选择离子模式）

SIM主要用于定量分析 只有特定质量数的离子被检测 根据目标化合物选择合适的检测离子相当重要。 灵敏度取决于所选择的检测离子。
提供无碰撞的离子轨道 减少离子-分子反应

减少背景干扰 延长灯丝寿命
消除放电 增加灵敏度
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为什麽MS需要高真空
真空系统确保离子由离子源转移至检测器
高真空
+
ion air, water etc. 低真空
+
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排气系统
压力 10-3-10-4 Pa(平均自由路径 5m-50m)
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计算方法（数据处理参数）
峰处理参数（WIDTH, SLOPE, DRIFT, T.DBL等） 定量参数 定量方法： 内标法、外标法、面积归一法等 工作曲线的制作 ※ 曲线点数：一点、两点及多点 ※ 曲线计算：线性回归、折线、 二次曲线、三次曲线 定性参数： 保留时间、时间窗、时间带

BP-10
HR-10
Rtx-1701
SPB-1701
CP Sil 19 CB
Rtx-200
CP Sil 43 CB
HR-225
Rtx-225
BP-20
HR-20M
ALLOY-CW
StabilwaxDA
Stabilwax
Nukol
Supecolwax-10 Carbowax 20M
CP Wax 58 CB, FFAP-CB
Porous Layer Open Tubular
多孔层开口柱
Wall Coated Open Tubular
管壁涂渍开口柱
毛细管柱管材
熔融石英 – 合成高纯石英
外表面涂覆聚酰亚胺 内表面经化学处理
不锈钢
用于高温分析 最不易断裂 内表面经特殊处理
固定相
大多数固定相为聚合物
聚硅氧烷（Polysiloxanes, silicones） 聚乙二醇（Polyethylene glycols, PEG）
每天都要进行老化吗？
视仪器基线情况，确定是否需要老化以及老化时间。
色谱柱分离效率评价
色谱柱效率：峰尖
评价：理论板高(HETP)、理论塔板数(N) 对策：将Van Deemter 各因素优化
选择性：峰的分离度
评价：分离因子或分离度 对策：选择极性相当的固定相
峰的对称性：吸附现象
评价：拖尾因子 对策：色谱柱进一步老化
MS基础知识
MS流程图
样品
进样系统
GC进样 直接进样
离子源 真空系统
质量分析器
检测器 数据处理
直接进样方式 DI
为什麽MS需要高真空
❖ 提供足够的平均自由程 ❖ 提供无碰撞的离子轨道 ❖ 减少离子-分子反应 ❖ 减少背景干扰 ❖ 延长灯丝寿命 ❖ 消除放电 ❖ 增加灵敏度

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GCMs定性分析在食品安全、环境保护、医药等 领域具有广泛的应用价值，对于保障人类健康和 促进社会发展具有重要意义。
02 GCMs定性分析的基本原 理
GCMs定性分析的原理概述
概述
GCMs定性分析是一种基于气相色谱技术的方法，用于鉴定和识别化合物。它 利用不同化合物在固定相和流动相之间的分配系数差异进行分离，并通过检测 器检测。
原理
GCMs定性分析基于热解吸技术，将样品中的化合物转化为气态，通过色谱柱 分离后进入质谱检测器。通过比较标准品和未知物的色谱保留时间和质谱碎片 信息，进行化合物的鉴定。
GCMs定性分析的实验过程
01
02
03
04
样品处理
将样品进行适当的前处理，如 萃取、净化等，以去除干扰物
质并提取目标化合物。
仪器条件设置
化学计量学方法
利用化学计量学算法对实验数据 进行处理，通过模式识别和聚类 分析等方法对未知化合物进行分 类和归属。
实验结果解析实例
实例一
01
在GCMS定性分析中，通过对比标准谱图，成功鉴定出样品中
的苯、甲苯和二甲苯等化合物。
实例二
02
利用保留指数法，成功推断出未知样品中可能含有C10H14类
型的化合物，进一步通过谱图解析确定了其为萘类化合物。
GCMs定性分析的未来应用前景
环境监测与保护 GCMs定性分析可用于环境样品 中污染物的快速检测和鉴定，为 环境监测和保护提供技术支持。
临床诊断与治疗 通过GCMs定性分析，可以快速 准确地检测生物样品中的药物、 代谢物和内源性物质等，为临床 诊断和治疗提供依据。
食品安全与质量控制
在食品生产过程中，GCMs定性 分析可用于检测食品中的有害物 质和营养成分，保障食品安全和 质量控制。

质谱 质谱分析法是通过对被测样品离子的质荷比的测定
来进行分析的一种分析方法。被分析的样品首先要离子 化，然后利用不同离子在电场或磁场的运动行为的不同 ，把离子按质荷比（m/z）分开而得到质谱，通过样品的 质谱和相关信息，可以得到样品的定性定量结果。 气质联用（GC/MS）
气质联用的有效结合既充分利用色谱的分离能力， 又发挥了质谱的定性专长，优势互补，结合谱库检索，
R=
RR
O Si O Si O
R
CH3
CH2CH2CH2CN
R
methyl
cyanopropyl
CH2CH2CF3
trifluoropropyl
phenyl
siloxane backbone
固定相－聚乙二醇
HO CH2 CH2 O H
n
“WAX” or “FFAP” 类固定液
例如： DB-WAX, DB-FFAP
BP-10
HR-10
Rtx-1701
SPB-1701
CP Sil 19 CB
Rtx-200
CP Sil 43 CB
HR-225
Rtx-225
BP-20
HR-20M
ALLOY-CW
StabilwaxDA
Stabilwax
Nukol
Supecolwax-10 Carbowax 20M
CP Wax 58 CB, FFAP-CB
10-15ml/min
各公司常用毛细柱商品名及固定液对照表
固定相
岛津
聚甲基硅氧烷
CBP1
OV-1
聚苯基甲基硅氧烷（5%苯基） CBP5
SE-52
聚苯基甲基硅氧烷（20%苯基）

利用质量色谱图分开重叠峰 (a) 总离子流色谱图 (b) 以m/z91所作的质量色谱图 (c) 以m/z136所作的质量色谱图
谱库检索
GC-MS最主要的定性方式是谱库检索。
由总离子色谱图可以得到任一组分的质谱图， 得到质谱图后可以通过计算机在数据库中检索， 检索结果以匹配度大小顺序排列出可能的化合 物名称、分子式、分子量和结构式等。使用者 可以根据检索结果和其它的信息，对未知物进 行定性分析。
实验步骤
开机 待真空度达到要求后，手动检峰，自动
调谐 设定实验条件 进样分析 数据处理
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
Thank You
在别人的演说中思考，在自己的故事里成长
Thinking In Other People‘S Speeches，Growing Up In Your Own Story
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
缺点
对未知样品定性能力较差
高效分离混合 物的特点
GC
高分辨率地鉴定 化合物的特点
MS
GC/MS
联用后的优势
气相色谱仪是质谱法理想的进样器
质谱仪作为气相色谱法的检测器，灵敏度高于 气相色谱的通用检测器（TCD、FID）
定性参数增加、结果可靠。
GC-MS分析条件的选择
色谱条件：色谱柱类型（填充柱或毛细 管柱），固定液种类，汽化温度，载气 流量，分流比，柱温等；
质谱仪
（一）、真空系统： 2级真空：机械泵和涡轮分子泵 机械泵把真空降到一定水平后启动涡轮分子泵 （二）、进样系统： 色谱进样或直接进样 （三）、离子源

各公司常用毛细柱商品名及固定液对照表
固定相
聚甲基硅氧烷 OV-1 聚苯基甲基硅氧烷（5%苯基） SE-52 聚苯基甲基硅氧烷（20%苯基） OV-7 聚苯基甲基硅氧烷（50%苯基） OV-17, 6%腈乙基甲基硅酮 14%腈乙基甲基硅酮 OV-1701 50%三氟丙基甲基硅氧烷 OV-210 50%腈乙苯基甲基硅酮 50%腈乙基甲基硅酮 聚乙二醇（硝苯二酸修饰） FFAP 聚乙二醇 PEG-20M 联苯基聚甲基硅氧烷 （14%联苯基） 聚苯基甲基硅氧烷 （65%苯基） 90%二丙腈基 10%腈乙苯基甲基硅酮
离子阱质量分析器
QP/MS的结构 QP/MS的结构
高纯氦气（纯度99.999%以上）
气相色谱的进样方式
WBI进样口 毛细柱分流/无分流进样口 冷柱头进样 PTV进样口
热进样和冷进样
热进样
分流/无分流进样 直接进样（WBI） 宽口毛细柱和填充柱
冷进样
PTV进样 冷柱头进样
歧视效应和热分解
热进样 (SPL, WBI)
存在歧视现象和样品热分解
冷进样 (OCI, PTV)
SPL.R＝F1:F2
F2
WBI进样口示意图
用于： 宽孔径毛细管柱 填充柱
OCI/PTV进样口示意图
载气
隔垫吹扫出口 分流出口
1. 2. 毛细柱
Column Sleeve/Guide (OCI-mode) 玻璃衬管 （Glass Insert) (PTV-mode)
色谱柱的介绍
色谱柱的类型填充柱飞Fra bibliotek时间质量分析器
Detector
+ + + +
Sample Vt Extraction grid

计算方法（数据处理参数）
峰处理参数（WIDTH, SLOPE, DRIFT, T.DBL等）
定量参数
定量方法： 内标法、外标法、面积归一法等
工作曲线的制作 ※ 曲线点数：一点、两点及多点
※ 曲线计算：线性回归、折线、
二次曲线、三次曲线
定性参数：
保留时间、时间窗、时间带
峰处理参数
WIDTH：设为最窄峰的半高宽，单位：秒
NCI-GC/MS 和 GC-ECD定量结果的比较
按 JP方法进行前处理
重量 5g
萃取 (丙酮 / 水 = 5 / 2)
蒸发(除去丙酮)
加盐
正己烷萃取
蒸发
色谱柱
蒸发并定容 (5mL)
Peak No Name NCI-GC/MS GC-ECD Peak No Name NCI-GC/MS GC-ECD
为什麽MS需要高真空
真空系统确保离子由离子源转移至检测器
高真空 +
ion
air, water etc.
+
低真空
排气系统
压力 10-3-10-4 Pa(平均自由路径 5m-50m)
Ion source
Lens system
Rod system
Detector
主泵
副泵
真空泵 (主泵)
涡轮分子泵（Turbo molecular pump） •旋转叶片使气体分子向下移动并 由 出口排出 •干净真空 •启动和关机时间短 •价格昂贵
俵M
m2 m3
m1
EI spectrum 硬酯酸甲酯 M.W. 298
正化学电离（PCI）
反应气
CH4
灯丝
e- e-e-ee--